Determinação das propriedades viscoelásticas de biomateriais por espectroscopia de Brillouin

Abstract

O conhecimento das propriedades viscoelásticas dos biomateriais tem sido, nas últimas décadas, um dos grandes focos do estudo científico. Como se sabe, o desenvolvimento tecnológico tem vindo a fornecer ferramentas inovadoras para o estudo destas propriedades. Com a evolução do conhecimento de todas as questões relacionadas com a ótica, a tecnologia e a ciência, foram criadas as condições necessárias para o aparecimento da espectroscopia de Brillouin. Este tipo de espectroscopia consiste, de forma resumida, no estudo da difusão inelástica da luz numa amostra, utilizando normalmente luz emitida por um laser a 532 nm. É possível usar os dados recebidos pela tecnologia em questão para a obtenção das propriedades viscoelásticas da amostra pretendida. Durante a presente dissertação, a geometria utilizada será sempre a de backscattering, que permite a obtenção de resultados mais fidedignos e precisos. A espectroscopia de Brillouin é uma técnica não invasiva, label-free e não destrutiva, oferecendo um conjunto de características distintas do restante leque de opções da área da ótica. Os picos de Rayleigh, de Stokes e de Anti-Stokes obtidos aquando da realização de cada medição serão analisados através de software, e a partir daqui serão obtidos os valores de storage e loss modulus. O objetivo da presente dissertação consiste no estudo das propriedades viscoelásticas de biomateriais, mais especificamente do agar, através da espectroscopia de Brillouin, pretendendo-se criar um banco de dados conciso e viável com as propriedades estudadas e adquiridas. Para ser possível obter conclusões sobre o tópico em questão, é necessário conhecer os valores da densidade e do índice de refração das amostras estudadas. Desta forma, serão desenvolvidos métodos e modelos para obtermos estes valores. O trabalho desenvolvido na dissertação estabelece alicerces pertinentes no estudo das propriedades viscoelásticas das amostras de agar, mas também no desenvolvimento do estudo da espectroscopia de Brillouin no seu geral. Assim sendo, é possível comprovar que para o estudo de bactérias e de vírus, devem-se usar aditivos distintos, sendo eles a triptona para o primeiro e o extrato de levedura ou malte para o segundo. Se o objetivo fosse então o crescimento celular das culturas dever-se-ia usar o extrato de malte. Caso contrário os aditivos ideais seriam a triptona ou o extrato de levedura.

In recent decades, knowledge of biomaterials' viscoelastic properties has been one of the major focuses of scientific study. As known, technological development has been providing innovative tools for the study of these properties. With the evolution of knowledge of all issues related to optics, technology, and science, the necessary conditions were created for the emergence of Brillouin spectroscopy. This type of spectroscopy consists, in summary, in the study of the inelastic dispersion of light in a sample, normally using light emitted by a laser at 532 nm. It is possible to use the data received by the technology in question to obtain the viscoelastic properties of the intended sample. During the present dissertation, the geometry used will always be backscattering, which allows the obtaining of more reliable and precise results. Brillouin spectroscopy is a non-invasive, label-free, and non-destructive technique, offering a set of characteristics that are different from the rest of the range of options in the field of optics. The Rayleigh, Stokes, and Anti-Stokes peaks obtained during each measurement will be analyzed using software, and from here the storage and loss modulus values will be obtained. This dissertation aims to study the determination of the viscoelastic properties of biomaterials, more specifically agar, through Brillouin spectroscopy, intending to create a concise and viable database with the studied and acquired properties. To be able to reach conclusions about the topic in question, it is necessary to know the density and refractive index values of the studied samples. In this way, methods and models will be developed to obtain these values. The work developed in the dissertation establishes relevant foundations in the study of the viscoelastic properties of agar, but also in the development of the study of Brillouin spectroscopy in general. Therefore, it is possible to prove that for the study of bacteria and viruses, different additives must be used, namely tryptone for the first and yeast extract or malt for the second. If the objective was cell growth in cultures, malt extract should be used. Otherwise, the ideal additives would be tryptone or yeast extract.